Hertz en Acústica | Frecuencia, Ondas Sonoras y Tono

Hertz en acústica: Aprende sobre la frecuencia, ondas sonoras y tono. Descubre cómo medimos el sonido y la ciencia detrás de su percepción auditiva.

Hertz en Acústica: Frecuencia, Ondas Sonoras y Tono

El término “hertz” es vastamente conocido en el campo de la física, especialmente en la acústica. En esta disciplina, el hertz (Hz) es una unidad fundamental para entender cómo funcionan las ondas sonoras y cómo percibimos los diferentes tonos y frecuencias.

Frecuencia: la base de la acústica

En física, la frecuencia se define como el número de oscilaciones o ciclos que una onda completa en un segundo. La unidad de medida para la frecuencia es el hertz (Hz), en honor al físico alemán Heinrich Hertz, quien realizó importantes contribuciones en el campo de las ondas electromagnéticas. En acústica, la frecuencia está directamente relacionada con la percepción del tono, uno de los tres atributos principales del sonido junto con la intensidad y el timbre.

Ondas sonoras: Qué son y cómo se propagan

Para comprender mejor el concepto de frecuencia en acústica, primero es crucial entender qué son las ondas sonoras. Una onda sonora es una perturbación que se propaga a través de un medio (como el aire, el agua o los sólidos) transportando energía desde un punto a otro. Estas perturbaciones son creadas por una fuente vibrante (por ejemplo, las cuerdas de una guitarra). Cuando estas vibraciones se transmiten al aire, crean variaciones en la presión del aire que nuestras orejas pueden detectar como sonido.

Las ondas sonoras se caracterizan por varios parámetros:

Longitud de onda (\(\lambda\)): Es la distancia entre dos puntos consecutivos en fase, como de cresta a cresta o de valle a valle.

Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones por segundo, medida en hertz (Hz).

Velocidad (v): La rapidez con la que una onda se propaga a través de un medio.

Amplitud: La altura de las crestas de las ondas, lo cual está relacionado con la intensidad del sonido.

Estas propiedades están relacionadas por la fórmula fundamental de las ondas:

v = f * \(\lambda\)

Donde:

v es la velocidad de la onda, generalmente en metros por segundo (m/s).

f es la frecuencia de la onda, en hertz (Hz).

\(\lambda\) es la longitud de onda, en metros (m).

El Tono: Percepción Humana de la Frecuencia

El tono es una característica subjetiva del sonido que está directamente relacionada con la frecuencia de la onda sonora. En términos simples, el tono se refiere a cuán ‘alta’ o ‘baja’ es una nota percibida. Cuando se toca una nota en el piano, la frecuencia de esa nota determina su tono. Las notas con alta frecuencia se perciben como tonos altos (agudos), mientras que las notas con baja frecuencia se perciben como tonos bajos (graves).

El rango de audición humano está típicamente entre 20 Hz y 20,000 Hz (20 kHz). Sin embargo, este rango puede variar dependiendo de la edad y del entorno. Por encima de 20 kHz, las ondas sonoras ya no son audibles para los seres humanos y se consideran ultrasonido. Por debajo de 20 Hz, las ondas sonoras se denominan infrasonido.

Formación de ondas estacionarias

Las ondas estacionarias son un fenómeno interesante que ocurre cuando dos ondas de la misma frecuencia y amplitud, pero en dirección opuesta, se superponen. Esto resulta en un patrón de interferencia que parece “detenerse” o “estancharse” en el espacio. Las cuerdas de los instrumentos musicales, como una guitarra, son un ejemplo común de donde se forman ondas estacionarias.

La fórmula para las frecuencias de las ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos es:

f_n = \(\frac{n * v}{2L}\)

Donde:

n es el número de medio longitudes de onda (un número entero).

v es la velocidad de la onda en la cuerda.

L es la longitud de la cuerda.

Estas frecuencias se conocen como frecuencias fundamentales y sus armónicos. La frecuencia fundamental es la frecuencia más baja (primer armónico), y las frecuencias superiores (segunda, tercera, etc.) son múltiplos de esta frecuencia básica.

Interferencia y batimentos

Cuando dos ondas de frecuencias ligeramente diferentes interactúan, experimentamos un fenómeno conocido como batimento. Esto resulta en una oscilación de amplitud que suena como un “pulsar” dentro de la onda combinada.

La fórmula para la frecuencia del batimento es:

f_b = \(\left| f₁ – f₂ \right| \)

Donde:

f₁ es la frecuencia de la primera onda.

f₂ es la frecuencia de la segunda onda.

f_b es la frecuencia del batimento.